MOCVD自催化生长InAs纳米线的研究

由于半导体纳米线中的载流子在两个维度上运动受限，纳米线表现出优异的准一维载流子输运导电特性，并且凭借其结构自下而上的可控制备、完美释放与衬底材料间的应力以及易与CMOS工艺兼容等特点，半导体纳米线器件有望成为未来纳电子学、纳光电子学中最有希望的器件之一。特别是，InAs纳米线凭借其直接窄带隙能带结构、优越的电子输运特性、极高的电子迁移率、极小的电子有效质量及大的朗德g因子等特点，成为研制高性能场效应电子器件以及量子器件的理想材料。本论文以实现新型高性能立式环栅场效应晶体管器件为总体目标，重点开展了器件所需材料基础方面的研究，采用MOCVD技术系统地开展了Si衬底上自催化生长纳米线的研究工作，内容包括衬底及生长条件对InAs纳米线生长的影响、自催化生长动力学模型的建立、自催化 (Vapor Liquid Solid) 生长机制的实验验证以及图形衬底上InAs纳米线阵列制备等方面的工作，主要创新成果如下：  1. 通过控制Si衬底上热氧化层厚度，确立了改善自催化生长InAs纳米线形貌的技术。在此基础上，系统研究了生长参数，包括生长时间、TMIn源流速、V/III比以及温度等对自催化InAs纳米线生长的影响，并且发现了InAs纳米线晶格结构与纳米线直径的关系。 2. 发明了Si衬底高温退火技术。该技术可以显著改进自催化生长InAs、InGaAs、InAs/GaSb纳米线的形貌以及有效抑制寄生物的形成，有望广泛应用于其它种类纳米线的制备。 3. 实现了InAs/GaSb轴向及核壳异质结构纳米线的自催化生长，证明了顶部液滴中存在大量In原子，从而验证了InAs纳米线的自催化生长机制。此外，建立了自催化纳米线的生长动力学模型，理论与实验结果吻合很好。 4. 首次在国内实现了Si/SiO2图形衬底上InAs纳米线阵列的生长，验证了两种技术途径制备的图形衬底上生长纳米线阵列的可行性，并实现了单孔单根、40nm-180nm范围内直径可控的InAs纳米线阵列，为立式环栅器件的制备奠定了技术基础。 Normal 0 7.8 磅 0 2 false false false EN-US ZH-CN X-NONE /* Style Definitions */ table.MsoNormalTable {mso-style-name:普通表格; mso-tstyle-rowband-size:0; mso-tstyle-colband-size:0; mso-style-noshow:yes; mso-style-priority:99; mso-style-parent:""; mso-padding-alt:0cm 5.4pt 0cm 5.4pt; mso-para-margin:0cm; mso-para-margin-bottom:.0001pt; mso-pagination:widow-orphan; font-size:12.0pt; font-family:"Times New Roman","serif"; mso-bidi-font-family:"Times New Roman"; mso-bidi-theme-font:minor-bidi; mso-font-kerning:22.0pt; mso-bidi-font-weight:bold;} <![endif]--